混凝土結(jié)構(gòu)材料耐久性的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

摘 要：混凝土結(jié)構(gòu)材料的耐久性一直是建筑行業(yè)研究的重點內(nèi)容，也是社會關(guān)注的廣泛話題。在文章中，結(jié)合自身經(jīng)驗，從研究混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的意義出發(fā)，剖析了鋼筋銹蝕、堿-骨料反應(yīng)以及碳化反應(yīng)等三個方面的耐久性研究現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上探索了混凝土結(jié)構(gòu)材料的未來發(fā)展趨勢，分別是結(jié)構(gòu)耐久性的研究將深入材料層次、材料的破壞與耐久性的模型將被建立以及其相關(guān)研究將納入高校教育的議程，與同行共勉。

關(guān)鍵詞：混凝土；結(jié)構(gòu)材料；耐久性

1 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究意義

在土木工程的設(shè)計中，混凝土結(jié)構(gòu)是最基本的結(jié)構(gòu)形式，也是二十一世紀的常用結(jié)構(gòu)之一。調(diào)查研究表明，由于對材料耐久性的忽視，導(dǎo)致工程事故頻頻發(fā)生，由此產(chǎn)生的維修費用更是令人瞠目。如今僅在廠房研究方面，由于對材料耐久性研究不足，造成流動損失將近16%，占到了固定資產(chǎn)的大部分比例。因此，對于混凝土結(jié)構(gòu)材料耐久性的研究可以發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定因素，并且在第一時間尋求解決方案，避免工程質(zhì)量事故的發(fā)生。此外，對于結(jié)構(gòu)材料耐久性的分析，可以有效評估建筑體系的安全系數(shù)以及由此產(chǎn)生的費用，從而在保證工程質(zhì)量的同時，保障材料最優(yōu)化以及造價最優(yōu)化，防患于未然。

2 混凝土結(jié)構(gòu)材料耐久性的研究現(xiàn)狀

2.1 鋼筋銹蝕

鋼筋的銹蝕是影響材料耐久性的主要因素之一，當鋼筋處于堿性環(huán)境時，其表面會形成一層保護膜，簡稱鈍化膜。鈍化膜的作用是為了保護鋼筋不會受到二次侵蝕。在混凝土的水化反應(yīng)中，鈍化膜的主要成分之一是氫氧化鈣。但是，當混凝土中堿性物質(zhì)與周圍二氧化碳發(fā)生反應(yīng)時，混凝土就會逐漸由堿性變?yōu)橹行浴Ｔ谥行原h(huán)境中，鈍化膜的性質(zhì)發(fā)生了一定的轉(zhuǎn)變，相對顯得不夠穩(wěn)定。當混凝土進一步呈現(xiàn)出酸性特征時，鋼筋會因為鈍化膜被破壞而出現(xiàn)銹蝕，尤其是當鋼筋處于潮濕的環(huán)境中，會進一步加劇鋼筋的銹蝕過程。鋼筋的銹蝕分為兩種類型，分別是化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，其中以前者為主，這是由于鋼筋表面形成的大量小電池而導(dǎo)致的，化學(xué)上稱之為微電池。此外，鋼筋的銹蝕不是瞬時的，而是一個慢慢轉(zhuǎn)變的過程，從反應(yīng)的表現(xiàn)上來看，主要分為五個階段，分別是潛伏期、銹蝕初期、銹蝕發(fā)展期、加速期以及破壞期。其中潛伏期是鋼筋銹蝕的開始，此時采取相關(guān)措施時，可以有效避免鋼筋的銹蝕；銹蝕初期中的鋼筋出現(xiàn)銹蝕跡象；銹蝕發(fā)展期以及加速期是鋼筋銹蝕的兩個主要過程；破壞期的鋼筋銹蝕現(xiàn)象較為嚴重，一般不建議采取補救措施，一方面，補救措施所造成的造價較大，另一方面，補救后的鋼筋的安全性能還有待研究。

2.2 堿-骨料反應(yīng)

堿-骨料反應(yīng)是一種化學(xué)反應(yīng)，參與此過程的材料主要有水泥、外加劑、摻合料或拌合水中的可溶性堿以及混凝土空隙中及集料中能與堿反應(yīng)的活性成分，是混凝土在硬化過程中的常見現(xiàn)象。發(fā)生堿-骨料反應(yīng)后的混凝土性質(zhì)發(fā)生了轉(zhuǎn)變，對于混凝土結(jié)構(gòu)額耐久性產(chǎn)生了不利的影響，其中引起堿-骨料反應(yīng)的要素包括三個方面：一是配制混凝土?xí)r由水泥、骨料（海砂）、外加劑和拌合水中帶進混凝土中一定數(shù)量的堿，或者混凝土處于有利于堿滲入的環(huán)境；二是在具有活性骨料的前提下，參與堿化反應(yīng)；三是當周圍環(huán)境較為潮濕時，加劇了堿-骨料反應(yīng)過程的進行。堿-骨料反應(yīng)主要有兩種形式，其一是堿-硅酸反應(yīng)，其二是堿-碳酸鹽反應(yīng)。堿-硅酸反應(yīng)中的活性成分是堿性硅酸鹽，堿性硅酸鹽具有很強的吸水性，吸水膨脹后，體積變大，在巨大的張力作用下，導(dǎo)致混凝土發(fā)生開裂。堿-碳酸鹽反應(yīng)的原理有所不同，在泥質(zhì)石灰質(zhì)白云石發(fā)生的幾率較大，原因在于其中存在大量的黏土和方解石，在碳酸鹽作用下，方解石轉(zhuǎn)化為水鎂石，這一過程促使黏土暴露在空氣中，從而吸水膨脹，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)被破壞。

2.3 碳化反應(yīng)

混凝土經(jīng)過初凝階段后，其堿性很強，PH值接近13。當堿性混凝土暴露在空氣中時，與其中的二氧化碳氣體以及二氧化硫氣體發(fā)生反應(yīng)，土壤中的氯離子以及鹽酸等有害物質(zhì)也滲入其中，在發(fā)生一系列復(fù)雜的物理反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)滯后，二氧化碳與水蒸汽結(jié)合，產(chǎn)生了碳酸，碳酸與混凝土中的硅酸鹽相互作用，使得混凝土的堿性降低，這就是混凝土的碳化過程。引起混凝土碳化的因素有很多，其中最主要的是水泥的類型以及混凝土表面的炭化保護層，不同的水泥中所含硅酸鈣和鋁酸鈣鹽基性高低不同；炭化保護層的主要成分是碳酸氫鈣以及碳酸氫鎂，當一旦形成保護層，那么碳化反應(yīng)就會被終止。

3 混凝土結(jié)構(gòu)材料耐久性的未來發(fā)展趨勢

3.1 結(jié)構(gòu)耐久性的研究將深入材料層次

從專業(yè)的角度來說，混凝土發(fā)生碳化反應(yīng)后的性能分析還有待討論，包括其本構(gòu)關(guān)系的研究以及碳化后的定量分析等方面。在氯離子的作用下，混凝土材料的性能發(fā)生了轉(zhuǎn)變，其耐久性受到一定的不良影響，因此，對于材料本身的耐久性研究是當前亟待解決的問題。此外，目前對于受到預(yù)應(yīng)力影響的混凝土結(jié)構(gòu)的研究還不夠深入，有待進一步分析并深入相關(guān)數(shù)據(jù)的研究。就鋼筋而言，若是已經(jīng)銹蝕，那么其實用性不強，對于銹蝕后鋼筋的研究較少。然而，鋼筋的可塑性較強，且具有很好的抗拉性能，經(jīng)過一系列的試驗證明，冷彎后的鋼筋的性能變的更加實用，因此，這些方面都將是未來混凝土結(jié)構(gòu)材料耐久性的重要領(lǐng)域。

3.2 混凝土結(jié)構(gòu)材料的破壞與耐久性的模型將被建立

就混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性而言，目前掌握最多的資料是關(guān)于材料研究方面。因此，在未來的發(fā)展過程中，針對在混凝土結(jié)構(gòu)材料方面取得的數(shù)據(jù)，有必要建立混凝土材料破壞與耐久性的相關(guān)模型。當混凝土材料被破壞時，我們可以在第一時間通過模型的對照，研究其破壞耐久性的直接影響因素。在材料已有數(shù)據(jù)的前提下，還可以對材料的綜合性能做出評價，從而能夠精確預(yù)測混凝土的剩余壽命以及我們由此可以做的一些準備措施，以延長建筑結(jié)構(gòu)的壽命，或者是在結(jié)構(gòu)被破壞之前做好充分的準備，從而將損失降低到最小的程度。

3.3 混凝土結(jié)構(gòu)材料耐久性的研究將納入高校教育的議程

實踐證明，混凝土結(jié)構(gòu)材料的耐久性對于建筑工程的質(zhì)量具有至關(guān)重要的意義。隨著建筑群體的龐大以及基礎(chǔ)設(shè)施的增加，混凝土結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用會越來越廣泛，因此，其耐久性有必要引起全社會的關(guān)注。為了保障建筑群的質(zhì)量，重視對于材料耐久性的研究，我們不妨將其納入高?；A(chǔ)性教育的體系。通過理論的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生對于混凝土結(jié)構(gòu)材料的耐久性有一個初步的認識，在后續(xù)的應(yīng)用過程中，加深對材料耐久性的印象，熟練結(jié)合理論知識與實際工程案例，從而在實際的施工中，對材料的耐久性進行嚴格把關(guān)，對其質(zhì)量進行精確跟蹤。

4 結(jié)束語

隨著科技的發(fā)展，混凝土結(jié)構(gòu)材料的研究也向前邁進了一大步。然而，在工業(yè)的大力發(fā)展下，全球環(huán)境受到一定的破壞，這對于混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性提出了挑戰(zhàn)。因此，作為相關(guān)工作人員，必須從基礎(chǔ)做起，把好結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量關(guān)，為建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及耐久性打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]衛(wèi)軍，張曉玲，趙霄龍.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向[J].低溫建筑技術(shù)，2010（2）.

[2]馬亞麗，張愛林.基于規(guī)定可靠指標的混凝土結(jié)構(gòu)氯離子侵蝕耐久壽命預(yù)測[J].土木工程，2011（2）.

[3]盧木.混凝土耐久性研究現(xiàn)狀和研究方向[J].工業(yè)建筑，2010（5）.

[4]余紅發(fā)，孫偉，鄢良慧，等.混凝土使用壽命預(yù)測方法的研究-理論模型[J].硅酸鹽研究，2012（6）.

[5]屈文俊，張譽.侵蝕性環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久壽命預(yù)測方法探討[J].工業(yè)建筑，2012（4）.

作者簡介：王志（1982，10-），男，漢族，山西省永濟市，本科學(xué)歷，材料化學(xué)專業(yè)，主要從事建筑工程檢測。